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1、第 1 页 共 67 页遗传与进遗传与进化化第 2 页 共 67 页第一部分第一部分 遗传的分子基础遗传的分子基础（一）人类对遗传物质的探索过程（一）人类对遗传物质的探索过程一、肺炎双球菌的转化实验【注注】（都不能证明（都不能证明 DNA 是主要的遗传物质只能证明是主要的遗传物质只能证明 DNA 是遗传物质）是遗传物质）1.体内转化实验（英国 格里菲斯） （1）菌落：单一菌种子细胞形成的群体（2）S（smooth）型菌菌落：菌体外由多糖类荚膜，有毒，能使小鼠患败血症死亡。第 3 页 共 67 页【注】 使人患肺炎R（rough）型菌菌落：菌体外无多糖类荚膜，无毒。（3）过程及结果示意图【注】第
2、一组和第二组为对比实验【分析】1. 蛋白质是性状的主要表现者，高温加热使蛋白质变性失活，所以无毒假设：R 型活菌+加热后的 S 型菌S 型活菌第 4 页 共 67 页推测：加热杀死后的 S 型细菌中必有某一活性物质（转化因子）使 R 型S 型。（4）结论（格里菲斯的猜测）：加热杀死的 S 型细菌体内含有“转化因子”，促使 R 型细菌转化为 S 型细菌2. 体外转化实验（美国 艾弗里）（1）过程及结果DNA 水解酶 【注】DNA 纯度越高，转化效率越高，但无论怎么提纯都有 0.02%的蛋白质剩余。（2）结论S 型细菌内只有 DNA 是“转化因子”，即 DNA 是遗传物质，而蛋白质等不是遗传物质。
3、（DNA 才是是 R 型细菌产生稳定遗传变化的物质）2、噬菌体侵染细菌实验第 5 页 共 67 页赫尔希、蔡斯、放射性同位素标记法赫尔希、蔡斯、放射性同位素标记法1. T 噬菌体：是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有 DNA。T噬 菌体侵染大肠杆菌后，就会在 T噬菌体的 DNA 的指导下，利 用大肠杆菌内的物质来合成自身组成成分。当噬菌体增值到 一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体如：子代T噬菌体的蛋白质是由大肠杆菌的氨基酸为原料合成的。2. T 噬菌体 蛋白质外壳 C H O N S S DNA（头部双链）C H O N P P3.侵染
4、过程 吸附注入合成组装裂解释放第 6 页 共 67 页4.实验过程【分析】1.标记噬菌体（由于噬菌体不能独立生存，先培养被标记的大肠杆菌，让未做过处理的噬菌体侵染大肠杆菌。）2.与未被标记过的大肠杆菌混合培养。（经过短时间的保温后进行第三步）3. 搅拌的作用：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离第 7 页 共 67 页离心的作用：让上清液中析出重量较轻的 T 噬菌体颗粒，而沉淀物中都是被感染的大肠杆菌。4.观察： 离心管中的放射性和子代噬菌体的放射性（P 有S没有）5.结论：DNA 才是真正的遗传物质。【注意】（1）混合培养的时间对结果的影响，都是上清液中有P，但原因不同时间过短：DNA 还未进入
5、宿主细胞时间过长：大肠杆菌裂解，噬菌体被释放了（2）搅拌不充分：沉淀物中有S三、艾弗里实验与噬菌体侵染细菌实验的比较【拓】噬菌体侵染细菌具有专一性四、DNA 是主要的遗传物质1.具有细胞结构的生物（原核生物和真核生物）的遗传物质是 DNA。2.不具有细胞结构的生物（病毒）中，含有 DNA 的病毒，其遗传物质为 DNA，如 T 噬菌体。不含 DNA，只含有 RNA 的病毒，其遗传物质为 RNA，如 HIV，SARS 病毒，流感病毒，烟草花叶病毒，车前草病毒等3.绝大多数生物的遗传物质是 DNA，所以说 DNA 是主要的遗传物质。比较噬菌体侵染细菌实验 艾弗里试验 思路相同 设法将 DNA 与其他
6、物质分开，单独地直接研究它们各自不同的遗传功能 处理方式的区别同位素标记法：分别标记 DNA 和蛋白质的特殊元素（P和S）多糖、蛋白质等，分别与 R 型细菌混合培养 推论DNA 是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质；说明了遗传物质可发生可以穿的变异。DNA 是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质；说明 DNA 能控制蛋白质的合成；DNA 能自我复制。第 8 页 共 67 页【拓展】烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验RNA+RNA 酶不得花叶病结论：烟草花叶病毒的 RNA 控制其性状，RNA 为烟草 花叶病毒的遗传物质4.不同生物的遗传物质生物类型 病毒原核生物真核生物体内核酸种类DNA 或 RN
7、ADNA 和 RNADNA 和 RNA体内碱基种类 4 种 5 种 5 种体内核苷酸种类 4 种 8 种 8 种遗传物质 DNA 或 RNA DNADNA实例噬菌体或烟草花叶病毒乳酸菌、蓝藻玉米、小麦、人（二）（二）DNA 分子的结构分子的结构一、DNA 分子的结构特性1.DNA 的分子结构双螺旋结构（模型建立：物理模型）第 9 页 共 67 页（1）DNA 分子是由；两条反相平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。（两条链向右旋转成规则的双螺旋结构）（2）DNA 分子中的脱氧核糖交替连接排列在外侧构成基本骨架，碱基排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。（4）展
8、开链模型1.磷酸2.脱氧核糖3.含氮碱基（A/G/T/C）4.含氮碱基5.脱氧核糖核苷酸6.互补碱基对7.氢键8.一条脱氧核苷酸链【分析】数量关系：每一个 DNA 分子片段中，有两个游离的磷酸基团脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数AT 对有 2 个氢键，GC 有 3 个氢键 位置关系：单链中相邻碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接互补链中的碱基通过氢键相连化学键： 氢键：连接互补链中相邻碱基的化学键磷酸二酯键：连接单链中两个相邻脱氧核苷酸之间的化学键2.DNA 分子的特性（1）稳定性 两条链上的脱氧核苷酸和磷酸交替连接的顺序不变第 10 页 共 67 页碱基互补配对稳定不变【氢键越多越稳定】（2）
9、特异性 每个 DNA 分子都有其特定的碱基排列顺序，蕴藏着特定的遗传信息。（3）多样性 不同的 DNA 分子所含的碱基对数量不同，长链中碱基对的排列顺序也千变万化。若一段 DNA 分子中由 n 个碱基对组成，每个碱基对位点都有四种可能性，则共有 4 种碱基排列顺序。3.碱基互补配对的推论（1）腺嘌呤与胸腺嘧啶数量相等，鸟嘌呤与胞嘧啶数量相等，即 A=T,G=C。则 AGTCACTG50%（2）嘌呤的总数等于嘧啶的总数。（3）不配对的两碱基之和的比值等于 1，即（A+G）/（T+C）=（A+C）/（T+G）=1（4）互补配对碱基之和所占比例三不变：=在一条链中互补配对碱基之和占该碱基的比例。互补
10、链中这两种碱基数占互补链碱基数的比例。整个 DNA 分子中这两种碱基数量之和占总碱基数的比例。（5）在 DNA 双链中，一条单链的(AG)/(TC)的值与另一条互补链的(AG)/(TC)的值互为倒数关系。（6）在双链 DNA 分子中，某种碱基在两条链中的含量之和等于该碱基在整个 DNA 分子中含量的 2 倍。（三）（三）DNA 分子的复制分子的复制一、DNA 分子半保留复制的推测同位素示踪技术，密度梯度离心第 11 页 共 67 页二、复制过程第 12 页 共 67 页时期：有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期。场所：主要在细胞核中，还有线粒体和叶绿体条件：a、 模板：亲代 DNA 的两条母链；
11、b、 原料：四种脱氧核苷酸（A/G/T/C）c、 能量：（ATP）；d、 酶：DNA 聚合酶（形成磷酸二酯键）、解旋酶（断裂氢键）缺少其中任何一种，DNA 复制都无法进行。 过程： a 解旋：首先 DNA 分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条 扭成螺旋的双链解开，这个过程称为解旋；b 合成子链：然后，以解开的每段链（母链）为模板，以周围环境中的脱氧核苷酸为原料，在有关酶的作用下，按照碱基互补配对原则合成与母链互补的子链。随的解旋过程的进行，新合成的子链不断地延长，同时每条子链与其对应的母链互相盘绕成螺旋结构，c 形成新的 DNA 分子。 特点： 多起点复制，半保留复制。 同时进行，
12、边解旋边复制，结果：一个 DNA 分子复制一次形成两个完全相同的 DNA 分子。意义：使亲代的遗传信息传给子代,从而保持了遗传信息的连续性。三、相关计算规律1. 亲代 DNA 复制 N 代，DNA 分子数 2 ，含母链 DNA 的子链有 2 个，不含母链的 DNA的有（2 -2）个。2.设原 DNA 分子中含有某种碱基 a 个，亲代 DNA 分子经过 N 次复制后，则共需某种游离的脱氧核苷酸分子数 R=a（2-1）第 13 页 共 67 页第 N 次复制需要 a23.亲代母链数与子链数量比为 1/2（四）基因是有遗传效应的（四）基因是有遗传效应的 DNA 片段片段一、基因1.定义：基因是有遗传
13、效应的 DNA 片段，是遗传物质结构和功能的基本单位。2.遗传信息 遗传信息蕴藏在 4 种碱基的排列顺序中；碱基排列顺序的千变万化，构成了 DNA 分子的多样性；而碱基特定的排列顺序又构成了每个 DNA 分子的特异性。二、其他1.大部分随机排列的碱基序列从来都不出现在生物体中，有些序列却重复出现。2.每个基因都是特定的 DNA 片段，具有特定的碱基排列顺序，具有特定的遗传效应。3.脱氧核苷酸多个基因1 个或 2 个 DNA 分子（+蛋白质）一条染色体第 14 页 共 67 页4.基因是特定的 DNA 片段，可切除，可拼接。5.基因碱基总数占 DNA 碱基总数的极少部分。6.脱氧核苷酸序列的千变
14、万化DNA 分子的多样性基因特定的遗传信息基因多样性、特异性7.基因与 DNA 都是描述遗传物质的概念。基因侧重于描述遗传物质的功能DNA 主要反映遗传物质的化学组成8.基因是有遗传效应的 DNA 片段，即一整段 DNA 中部分可遗传。9.基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个基因含有成千上百个脱氧核苷酸。基因中脱氧核苷酸排列顺序成为遗传信息。10. 基因在染色体上呈现行排列，染色体是基因的主要载体。11.第 15 页 共 67 页（五）基因的表达（复制、转录、翻译）（五）基因的表达（复制、转录、翻译）一、基因的转录和翻译1.RNA（核糖核酸）的种类和功能基本组成单位核糖核苷酸2.转录（书 P6
15、3）（1）定义：以 DNA 的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成 RNA 的过程。（2）时期：生长发育的连续过程中（3）场所：主要在细胞核，还有线粒体和叶绿体（4）条件： 模板：DNA 的一条链原料：4 种核糖核苷酸能量：ATP酶：RNA 聚合酶（破坏氢键并合成 RNA）（5）原则： 碱基互补配对原则（G-C、T-A、A-U）种类 功能mRNA能将遗传信息从细胞核传递到细胞质中（遗传信息传递的媒介）tRNA转运氨基酸，识别密码（单链）rRNA核糖体的组成成分第 16 页 共 67 页（6）产物：RNA（从核孔出去）过程 解旋（DNA 的两条链得以暴露）碱基互补配对合成释放【注】边解旋边转录。对于固定的基因，模板链是固定的。3.翻译（1）以 mRNA 为模板，形成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。（2）场所：核糖体（3）原料：氨基酸（4）过程：起始阶段： 进入细胞质的 mRNA 与核糖体结合，携带氨基酸的 tRNA 上的反密码子与 mRNA 上的密码子互补配对到位点上延伸阶段： 携带另一种氨基酸的 tRNA 以同样的方式进入位点 2，两种氨基酸形成肽链，位点 1 上的 tRNA 离开核糖体，位点 2 的 tRNA 进入位点 1 处终止阶段： 核糖体移动，读取下一个密码子，新的携带氨基酸的 tRNA 以同样方式结合到 mRNA 上，继
